ES2384795B2 - GASTROINTESTINAL ELECTRONIC PILL. - Google Patents
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Abstract
Píldora electrónica gastrointestinal protegida por una cápsula externa biocompatible resistente al entorno del sistema digestivo que comprende una fuente de luz (4); unos medios divisores (5) del haz de luz dirigiéndolo al brazo de referencia (6) y al de muestreo (9); un elemento de retraso de grupo adaptable (24) según la distancia del tejido a analizar; unos medios de desplazamiento óptico (7) que desplazan la intersección del haz de luz (30) del brazo de muestreo (9) sobre el tejido; un sistema óptico (8) que enfoca el haz de luz (30) del brazo de muestreo (9) sobre el tejido; unos medios interferentes (10) que producen interferencia entre la luz reflejada; un detector (11) que recibe dicha interferencia; unos medios de procesamiento (2) que procesan la información adquirida por el detector (11); y unos medios de alimentación (3) que alimentan la píldora sin conexión física al exterior.Gastrointestinal electronic pill protected by a biocompatible external capsule resistant to the environment of the digestive system comprising a light source (4); dividing means (5) of the light beam directing it to the reference arm (6) and the sampling arm (9); an adaptive group delay element (24) according to the distance of the tissue to be analyzed; optical displacement means (7) that move the intersection of the light beam (30) of the sampling arm (9) over the tissue; an optical system (8) that focuses the light beam (30) of the sampling arm (9) on the tissue; interfering means (10) that produce interference between the reflected light; a detector (11) that receives said interference; processing means (2) that process the information acquired by the detector (11); and feeding means (3) that feed the pill without physical connection to the outside.
Description
PílDORA ELECTRÓNICA GASTROINTESTINAL GASTROINTESTINAL ELECTRONIC PILL
La presente invención se engloba dentro del campo de los dispositivos para la investigación del tracto gastrointestinal mediante métodos tomográficos, con preferencia por la tomografía de coherencia óptica. The present invention is encompassed within the field of devices for the investigation of the gastrointestinal tract by tomographic methods, preferably by optical coherence tomography.
La colonoscopia tradicional causa muchas molestias e incomodidad al paciente. Existen en el estado de la técnica cápsulas capaces de recorrer el tracto digestivo mientras adquieren información del mismo y la envían a un receptor externo. Por ejemplo la cápsula Heidelberg es capaz de medir el nivel de pH, mientras que el dispositivo descrito en la patente W00165995 adquiere imágenes de las paredes del interior del tracto. En ambos casos la información se envía de forma inalámbrica a un receptor externo. Sin embargo, los citados antecedentes carecen de información seccional de alta resolución, lo cual es importante para poder estudiar la histología del tejido y por consiguiente emitir un diagnóstico adecuado. Así, aunque permiten la identificación y detección visual de pólipos y otras estructuras de riesgo, siguen requiriendo una posterior biopsia, limitándose su utilidad. Traditional colonoscopy causes a lot of discomfort and discomfort to the patient. There are capsules in the state of the art capable of traveling through the digestive tract while acquiring information from it and sending it to an external recipient. For example, the Heidelberg capsule is capable of measuring the pH level, while the device described in patent W00165995 acquires images of the walls inside the tract. In both cases the information is sent wirelessly to an external receiver. However, the aforementioned antecedents lack high-resolution sectional information, which is important to be able to study the histology of the tissue and therefore issue an adequate diagnosis. Thus, although they allow the identification and visual detection of polyps and other risk structures, they still require a subsequent biopsy, limiting their usefulness.
Esta necesidad ha sido identificada en varias ocasiones en la literatura. La solicitud de patente US 2005/0096526 A 1, describe una cápsula gastrointestinal donde el elemento de imagen es orientable. Aunque esta solicitud se centra en sistemas tradicionales formadores de imagen fotográfica, plantea la posibilidad de usar un elemento formador de imágenes alternativo, incluyendo medios de adquisición de información tomográfica. Sin embargo, la solicitud únicamente expresa el deseo de solucionar el problema objeto de esta invención, y en ningún momento divulga los medios para conseguirlo. This need has been identified several times in the literature. US patent application 2005/0096526 A 1 describes a gastrointestinal capsule where the image element is orientable. Although this application focuses on traditional photographic image forming systems, it raises the possibility of using an alternative image forming element, including means of acquiring tomographic information. However, the request only expresses the desire to solve the problem object of this invention, and at no time discloses the means to achieve it.
La solicitud de patente US 2007/0142708 A1, menciona la introducción de un oscilador de ultrasonidos dentro de una cápsula gastrointestinal para la formación de imagen. Esta tecnología, alternativa en algunas aplicaciones a la tomografía de coherencia óptica, presenta limitaciones determinantes de cara a la integración en una píldora gastrointestinal. El oscilador de ultrasonidos proporciona menor resolución espacial, necesita un medio de transferencia que adapte las impedancias acústicas y utiliza una instrumentación más voluminosa. Por otra parte, la solicitud no describe la integración de la tecnología de imagen por ultrasonidos en una píldora gastrointestinal. US patent application 2007/0142708 A1 mentions the introduction of an ultrasound oscillator into a gastrointestinal capsule for imaging. This technology, an alternative in some applications to optical coherence tomography, has determining limitations for integration into a gastrointestinal pill. The ultrasonic oscillator provides lower spatial resolution, needs a transfer medium that adapts acoustic impedances and uses a more voluminous instrumentation. Moreover, the application does not describe the integration of ultrasound imaging technology in a gastrointestinal pill.
La solicitud de patente WO 2008/012701 A 1 describe una cápsula gastrointestinal de vídeo con un sistema de lentes variable que permite orientar haces de luz procedentes de fuentes luminosas para la generación de imágenes en combinación de un sensor de imagen. Esta solicitud incluye una aplicación ejemplar de la invención en la que se usa para un sistema de tomografía de coherencia óptica en la medida en que éste sea integrable, en el futuro, en una cápsula gastrointestinal. La solicitud reconoce el interés de la obtención de información tomográfica pero no describe solución alguna. Patent application WO 2008/012701 A 1 describes a gastrointestinal video capsule with a variable lens system that allows orienting light beams from light sources for the generation of images in combination with an image sensor. This application includes an exemplary application of the invention in which it is used for an optical coherence tomography system insofar as it is integrable, in the future, into a gastrointestinal capsule. The application recognizes the interest of obtaining tomographic information but does not describe any solution.
La solicitud JP 2004/243034A describe cómo integrar un sistema de OCT (Optical Coherence Tomography) de campo completo utilizando un interferómetro de Mirau. Por su propia naturaleza, está basada en componentes ópticos de espacio libre y es incompatible con el uso de óptica integrada. Una importante limitación de esta invención es que un interferómetro Mirau como el descrito ofrece una aplicación muy difícil en una situación de distancia variable al objeto, puesto que requiere ajustar diversos elementos opto-mecánicos en un rango comparable al del barrido deseado; un rango de distancias comparable a las dimensiones de la píldora (10-20mm) es inalcanzable en la práctica y el propio documento reconoce que la distancia máxima cubierta por el barrido axial es de 1-2mm. Como consecuencia de la incapacidad del sistema de ajustar su rango de barrido más allá de 1-2mm, la invención descrita en el documento JP 2004-243034 se ve reducida a crear imágenes laterales de la muestra, no pudiendo por tanto obtener imágenes del tracto intestinal completo. Otra limitación importante de esta invención reside en que la imagen óptica ha de coincidir con el campo de visión del interferómetro de Mirau. Este segundo campo de visión ha de ser pequeño para obtener la resolución microscópica característica de la técnica de OCT que proporcione información histológica. Sin embargo, el tamaño macroscópico lateral de la lesión y su entorno, si se desean visualizar con fines diagnósticos, puede ser órdenes de magnitud mayor que el campo de visión del interferómetro. JP 2004 / 243034A describes how to integrate a full-field OCT (Optical Coherence Tomography) system using a Mirau interferometer. By its very nature, it is based on free space optical components and is incompatible with the use of integrated optics. An important limitation of this invention is that a Mirau interferometer such as that described offers a very difficult application in a situation of variable distance to the object, since it requires adjusting various opto-mechanical elements in a range comparable to that of the desired scan; a range of distances comparable to the dimensions of the pill (10-20mm) is unattainable in practice and the document itself recognizes that the maximum distance covered by the axial scan is 1-2mm. As a result of the inability of the system to adjust its scanning range beyond 1-2mm, the invention described in JP 2004-243034 is reduced to creating lateral images of the sample, and therefore cannot obtain images of the intestinal tract full. Another important limitation of this invention is that the optical image must coincide with the field of view of the Mirau interferometer. This second field of vision must be small to obtain the microscopic resolution characteristic of the OCT technique that provides histological information. However, the lateral macroscopic size of the lesion and its surroundings, if they are to be visualized for diagnostic purposes, may be orders of magnitude greater than the field of view of the interferometer.
Todas estas limitaciones, hacen que la invención descrita en JP 2004-243034 sea de muy difícil implementación y comprometen seriamente el valor diagnóstico potencial de la tomografía de coherencia óptica en esta aplicación. All these limitations make the invention described in JP 2004-243034 very difficult to implement and seriously compromise the potential diagnostic value of optical coherence tomography in this application.
Era por tanto deseable una píldora gastrointestinal que integrara un sistema de adquisición de imágenes mediante OCT, el cuál pudiera adaptarse para trabajar a diferentes distancias a la muestra. Una píldora de estas características sería capaz de obtener información tomográfica del tracto intestinal completo, y combinando el sistema OCT con un equipo de video sería posible ofrecer al médico, no sólo la información de video, cómo hacen otras píldoras existentes, sino también la información tomográfica de las estructuras que aparecen en el video, proporcionando una biopsia virtual que podría evitar la necesidad de biopsias reales. It was therefore desirable a gastrointestinal pill that integrated an image acquisition system using OCT, which could be adapted to work at different distances to the sample. A pill of these characteristics would be able to obtain tomographic information of the entire intestinal tract, and by combining the OCT system with a video equipment it would be possible to offer the doctor, not only the video information, how other existing pills do, but also the tomographic information of the structures that appear in the video, providing a virtual biopsy that could avoid the need for real biopsies.
La invención se dirige a resolver tanto las limitaciones del estado de la técnica como las graves molestias y la morbilidad que suponen para el paciente los procedimientos de endoscopia digestiva, minimizando el número de intervenciones de biopsia asociadas. Los procedimientos en los que podría suponer un avance cualitativo son la esofagogastroduodenoscopia, la rectosigmoidoscopia, la colonoscopia, la colangiopancreatografía retrógrada endoscópica o la enteroscopía. Especialmente en estos últimos casos, las dificultades para el acceso endoscópico estándar, hacen especialmente recomendable la búsqueda de alternativas para el diagnóstico. The invention is aimed at resolving both the limitations of the state of the art and the serious discomforts and morbidity of digestive endoscopy procedures for the patient, minimizing the number of associated biopsy interventions. The procedures that could lead to qualitative progress are esophagogastroduodenoscopy, rectosigmoidoscopy, colonoscopy, retrograde endoscopic cholangiopancreatography or enteroscopy. Especially in the latter cases, the difficulties for standard endoscopic access make the search for alternatives for diagnosis especially recommended.
La invención describe una píldora gastrointestinal que integra un sistema OCT capaz de adaptar su rango de trabajo a un amplio intervalo de distancias al objeto (hasta varios centímetros) y cuyo volumen de barrido lateral puede ser elegido y variado sobre un amplio rango de zonas dentro del campo de visión de una óptica de enfoque, desacoplando el área de barrido de OCT y el campo de visión general de dicha óptica. The invention describes a gastrointestinal pill that integrates an OCT system capable of adapting its working range over a wide range of distances to the object (up to several centimeters) and whose lateral scan volume can be chosen and varied over a wide range of areas within the field of view of a focus optic, decoupling the scanning area of the OCT and the general field of view of that optic.
La invención también describe modos de integrar el sistema de OCT con un sistema de vídeo, cuyo campo de visión coincide con la óptica general, pero que es independiente del área barrida por el sistema OCT en cada momento. Adicionalmente se describen métodos para que, si se desea, la posición relativa de ambos quede registrada. En la invención se muestran también soluciones de implementación basadas en óptica integrada que demuestran que la invención es realizable en el tamaño compacto que se requiere en una píldora gastrointestinal. Respecto a los sistemas de imágenes no tomográficas, la presente invención ofrece la ventaja de poder obtener información axial combinada con la imagen de vídeo, lo que es de gran valor diagnóstico, pudiendo evitar biopsias reales. The invention also describes ways of integrating the OCT system with a video system, whose field of vision coincides with the general optics, but which is independent of the area swept by the OCT system at all times. Additionally, methods are described so that, if desired, the relative position of both is recorded. The invention also shows implementation solutions based on integrated optics that demonstrate that the invention is achievable in the compact size that is required in a gastrointestinal pill. With respect to non-tomographic imaging systems, the present invention offers the advantage of being able to obtain axial information combined with the video image, which is of great diagnostic value, being able to avoid real biopsies.
La invención comprende una cápsula externa biocompatible capaz de resistir el entorno químico del sistema digestivo, unos medios de adquisición de información, unos medios de procesamiento y unos medios de alimentación eléctrica en una implementación ultracompacta de un sistema de obtención de imágenes tomográficas de alta resolución. Los medios de procesamiento pueden enviar la información recogida a un sistema externo para su estudio y análisis, aunque también pueden incluir una unidad de almacenamiento interno. La alimentación de la píldora puede realizarse a través de un enlace inductivo o de otro modo (mediante una batería, por ejemplo). The invention comprises a biocompatible external capsule capable of resisting the chemical environment of the digestive system, information acquisition means, processing means and power supply means in an ultra-compact implementation of a high resolution tomographic imaging system. The processing means can send the collected information to an external system for study and analysis, although they can also include an internal storage unit. The pill can be fed through an inductive link or otherwise (by means of a battery, for example).
Los medios de adquisición de información comprenden un sistema de imagen tomográfica mediante Tomografía de Coherencia Óptica construido mediante tecnología planar y componentes de estado sólido. Este sistema comprende fuentes de luz, detectores y elementos de óptica integrada organizados según una de las muchas configuraciones usadas para tomografía de coherencia óptica. A diferencia de lo utilizado en el estado de la técnica, la invención no realiza OCT de campo completo sino OCT de barrido de haz. El OCT de barrido de haz es necesario para poder utilizar óptica guiada y en particular óptica integrada. El uso de óptica integrada presenta numerosas ventajas: coste de fabricación, compacidad del sistema, fiabilidad y durabilidad; el coste de fabricación y la compacidad del sistema son debidas a los costes marginales decrecientes y a la alta densidad de integración de las técnicas de fabricación planar, mientras que la fiabilidad y la durabilidad son debidas a la minimización de elementos móviles y componentes electromecánicos. The information acquisition means comprise a tomographic imaging system using Optical Coherence Tomography constructed using planar technology and solid state components. This system comprises light sources, detectors and integrated optics elements organized according to one of the many configurations used for optical coherence tomography. In contrast to what is used in the state of the art, the invention does not perform full-field OCT but beam scanning OCT. The scanning beam OCT is necessary to be able to use guided optics and in particular integrated optics. The use of integrated optics has numerous advantages: manufacturing cost, system compactness, reliability and durability; The manufacturing cost and the compactness of the system are due to the decreasing marginal costs and the high integration density of the planar manufacturing techniques, while the reliability and durability are due to the minimization of moving elements and electromechanical components.
El brazo de muestreo del sistema de tomografía de coherencia óptica se conecta a medios electromecánicos que permiten desplazar el punto de intersección del haz de luz con la superficie del tejido a analizar. La píldora permite mover el punto de intersección del haz de luz con la superficie del tejido en un amplio volumen de trabajo. La variación angular de la dirección del haz puede realizarse utilizando elementos MEMS (Micro Electro-Mechanical System) u otros dispositivos electromecánicos para producir el movimiento de algún componente óptico en el camino del haz. El sistema incluiría un conjunto de lentes de foco fijo o, preferiblemente, variable para enfocar el haz de luz sobre la zona del tejido deseada. En el caso de un foco fijo, el volumen de trabajo queda limitado a un rango de distancias pre-establecido por el diseño óptico. En el caso de uso de óptica variable, se puede acceder a un amplio rango de distancias de trabajo, lo que es preferible. El barrido lateral de alta velocidad propio de OCT puede implementarse con los mismos componentes MEMS u otros dispositivos electro-mecánicos utilizados para orientar el haz sobre la zona de interés del tejido. The sampling arm of the optical coherence tomography system is connected to electromechanical means that allow moving the point of intersection of the light beam with the surface of the tissue to be analyzed. The pill allows to move the point of intersection of the beam of light with the surface of the tissue in a large volume of work. The angular variation of the beam direction can be performed using MEMS elements (Micro Electro-Mechanical System) or other electromechanical devices to produce the movement of some optical component in the path of the beam. The system would include a set of fixed or preferably variable focus lenses to focus the light beam on the desired tissue area. In the case of a fixed focus, the work volume is limited to a range of distances pre-established by the optical design. In the case of the use of variable optics, a wide range of working distances can be accessed, which is preferable. OCT's own high-speed side scan can be implemented with the same MEMS components or other electro-mechanical devices used to orient the beam over the area of interest of the tissue.
El sistema OCT será preferentemente combinado con un equipo de vídeo basado en un sensor de estado sólido. Para esto, es posible utilizar un sistema de separación del haz, por ejemplo, en función de las longitudes de onda de la luz que compone el haz, con una posible implementación sencilla basada en un espejo dicroico que refleje el rango de longitudes de onda utilizado por el sistema de tomografía de coherencia óptica hacia el mismo y deje pasar otro rango de longitudes de onda hacia el equipo de vídeo. Alternativamente, dicho sistema de separación de haz puede estar basado en un espejo parcialmente reflectante. The OCT system will preferably be combined with video equipment based on a solid state sensor. For this, it is possible to use a beam separation system, for example, depending on the wavelengths of the light that make up the beam, with a possible simple implementation based on a dichroic mirror that reflects the wavelength range used through the optical coherence tomography system to it and let another wavelength range pass to the video equipment. Alternatively, said beam separation system may be based on a partially reflective mirror.
El equipo de vídeo servirá para relacionar la información tomográfica con las estructuras anatómicas macroscópicas analizadas. Preferentemente el sistema OCT y el equipo de vídeo estarán vinculados para localizar con precisión en la imagen de vídeo la posición del volumen estudiado mediante el sistema OCT. Si la longitud de onda del haz utilizado por el sistema OCT es detectable por el sensor CCD/CMOS (Charge Coupled Device/Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) del equipo de vídeo (en silicio para longitudes de onda menores a 1000nm) y se diseña el sistema de separación de haz de tal modo que permita el paso parcial de las longitudes de onda OCT hacia dicho sensor, la posición del haz OCT podría ser evidente de forma inmediata en la imagen al ser recogida la luz dispersada en el área de barrido OCT por el sistema óptico de vídeo y detectada en el sensor de imagen como una zona más brillante. The video equipment will be used to relate the tomographic information with the macroscopic anatomical structures analyzed. Preferably the OCT system and the video equipment will be linked to accurately locate in the video image the position of the volume studied by the OCT system. If the wavelength of the beam used by the OCT system is detectable by the CCD / CMOS (Charge Coupled Device / Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sensor of the video equipment (in silicon for wavelengths less than 1000nm) and is designed the beam separation system in such a way as to allow the partial passage of the OCT wavelengths towards said sensor, the position of the OCT beam could be immediately evident in the image when the light scattered in the OCT scanning area is collected by the optical video system and detected in the image sensor as a brighter area.
En caso contrario, si por ejemplo se usan para el sistema OCT longitudes de onda más largas que las detectables por el sensor del equipo de vídeo, o se opta por un filtrado estricto hacia el equipo de vídeo y el sistema de tomografía de coherencia óptica, o simplemente se prefiere por cualquier motivo, se puede hacer una calibración mecánica de los medios electromecánicos que orientan el haz, de tal modo que en combinación con la distancia objeto de la lente de foco fijo o variable pueda calcular el rango espacial cubierto por el sistema de OCT respecto a la imagen recogida por el equipo de video. Otherwise, if, for example, wavelengths longer than those detectable by the video equipment sensor are used for the OCT system, or strict filtering of the video equipment and the optical coherence tomography system is chosen, or simply preferred for any reason, a mechanical calibration of the electromechanical means that orient the beam can be made, so that in combination with the object distance of the fixed or variable focus lens can calculate the spatial range covered by the system OCT regarding the image collected by the video equipment.
El sensor y la electrónica de procesado de la imagen de vídeo pueden ser incluidos en el mismo sustrato en que se fabrican las guías de onda y demás elementos de óptica planar para el sistema de tomografía de coherencia óptica, o puede ser realizados en otro sustrato separado del mismo. The sensor and the video image processing electronics can be included in the same substrate in which the waveguides and other planar optics elements are manufactured for the optical coherence tomography system, or they can be made in another separate substrate of the same.
El sistema de video puede contar con una iluminación de longitud de onda apropiada para la excitación de distintos fenómenos de fluorescencia en el tejido y estar acompañado de filtros adecuados que supriman dichas longitudes de onda de excitación. De este modo es posible registrar las zonas del tejido con emisión de fluorescencia para proporcionar información diagnóstica complementaria a la información histológica obtenida con la tomografía de coherencia óptica. The video system may have an appropriate wavelength illumination for the excitation of different fluorescence phenomena in the tissue and be accompanied by suitable filters that suppress said excitation wavelengths. In this way, it is possible to register the areas of the tissue with fluorescence emission to provide diagnostic information complementary to the histological information obtained with the optical coherence tomography.
En la medida en que se pretenda que el sistema funcione libre de degradación debido a la dispersión cromática del material utilizado para su implementación, es necesario equilibrar la misma en los dos brazos (referencia y muestreo) de tal manera que el patrón de interferencia resultante esté únicamente determinado por el ancho de banda de la fuente. Lo mismo puede ser dicho de la birrefringencia potencialmente inherente a la tecnología de guías de onda elegida. Si ésta no es perfectamente cancelada en el proceso de fabricación, es necesario ecualizarla en ambos brazos. To the extent that it is intended that the system operates free from degradation due to the chromatic dispersion of the material used for its implementation, it is necessary to balance it in the two arms (reference and sampling) in such a way that the resulting interference pattern is solely determined by the source bandwidth. The same can be said of the birefringence potentially inherent in the chosen waveguide technology. If it is not perfectly canceled in the manufacturing process, it is necessary to equalize it in both arms.
Al mismo tiempo, para poder cubrir un rango amplio de profundidades de foco, se ha de utilizar un brazo de referencia que sea adaptable en longitud más allá de lo requerido para crear la imagen de OCT. En particular, la imagen de OCT tiene una profundidad típica de 1-2mm, mientras que el rango de distancias de enfoque deseado es de algunos centímetros. En la invención esto se logra conmutando en el sistema óptico integrado los caminos internos del brazo de referencia y/o de muestreo entre guías de onda de distintas longitudes físicas. At the same time, in order to cover a wide range of depths of focus, a reference arm must be used that is adaptable in length beyond what is required to create the OCT image. In particular, the OCT image has a typical depth of 1-2mm, while the desired focus distance range is a few centimeters. In the invention this is achieved by switching in the integrated optical system the internal paths of the reference and / or sampling arm between waveguides of different physical lengths.
Sin embargo, como se ha mencionado, esto plantea problemas en sistemas integrados de OCT, puesto que las tecnologías con elementos activos más comunes, como el silicio, tienden a ser relativamente dispersivas y birrefringentes. En consecuencia, hacer que la diferencia de longitud media durante el barrido entre brazo de referencia y brazo de muestreo en el material sea distinta de cero conlleva problemas de resolución en el sistema final, al desajustar la dispersión cromática entre brazos. However, as mentioned, this poses problems in integrated OCT systems, since technologies with more common active elements, such as silicon, tend to be relatively dispersive and birefringent. Consequently, making the difference in average length during the scan between the reference arm and the sampling arm in the material different from zero leads to problems of resolution in the final system, by loosening the chromatic dispersion between arms.
El problema anterior puede ser resuelto de distintos modos. Un primer modo es utilizando un elemento activo de compensación de la dispersión en alguno de los brazos. Dicho elemento activo puede estar basado en diseños dispersivos como cristales fotónicos o redes de difracción de Bragg con espaciado variable, pero también puede hacer uso de segmentos de guía de onda que por sus características, por ejemplo, geométricas o del material, presenten una dispersión cromática anómala. En el diseño de este elemento activo hay que prestar especial atención al ancho de banda por un lado, y a los órdenes superiores de la dispersión cromática por otro. Actuando sobre los coeficientes de dispersión en sus distintos órdenes mediante cambios en el índice de refracción del material, por ejemplo, a través de los efectos termo-óptico o de inyección de portadores de carga, es posible ajustar el punto de trabajo del elemento activo y compensar la dispersión cromática inducida. The above problem can be solved in different ways. A first way is to use an active element to compensate for dispersion in one of the arms. Said active element can be based on dispersive designs such as photonic crystals or Bragg diffraction networks with variable spacing, but it can also make use of waveguide segments that, due to their characteristics, for example, geometric or material, have a chromatic dispersion fail it. In the design of this active element, special attention must be paid to the bandwidth on the one hand, and the higher orders of the chromatic dispersion on the other. Acting on the dispersion coefficients in their different orders by changes in the index of refraction of the material, for example, through the thermo-optical or injection effects of load carriers, it is possible to adjust the working point of the active element and compensate for the chromatic dispersion induced.
Ciertamente, estos elementos también afectan al retraso de grupo, compitiendo con el cambio físico en la longitud efectiva de los brazos, por lo que su diseño debe ser correctamente equilibrado con las longitudes físicas para obtener las diferencias de retraso total deseadas. Certainly, these elements also affect the group delay, competing with the physical change in the effective length of the arms, so that its design must be correctly balanced with the physical lengths to obtain the desired total delay differences.
Otro modo de resolución consiste en implementar los dispositivos en una tecnología híbrida que combine materiales activos como el silicio con materiales de baja dispersión y/o birrefringencia como el (oxi)nitruro de silicio o el óxido de silicio. Si la combinación de dichas tecnologías en un único proceso resulta ser técnicamente demasiado compleja o no se desea por motivos económicos o de otro tipo, es posible hacer uso de una solución basada en dos sustratos diferentes, con un elemento activo y otro pasivo que incluya simplemente un array de guías terminadas en reflectores con distintas longitudes físicas. Cabe también pensar en el acoplamiento de un array de fibras discretas con distintas longitudes y terminadas en un reflector al sustrato sobre el que se fabrica el sistema de tomografía de coherencia óptica. Another mode of resolution is to implement the devices in a hybrid technology that combines active materials such as silicon with low dispersion and / or birefringence materials such as silicon (oxy) nitride or silicon oxide. If the combination of these technologies in a single process turns out to be technically too complex or not desired for economic or other reasons, it is possible to make use of a solution based on two different substrates, with an active element and another passive one that simply includes an array of guides finished in reflectors with different physical lengths. It is also possible to think about the coupling of an array of discrete fibers with different lengths and finished in a reflector to the substrate on which the optical coherence tomography system is manufactured.
Adicionalmente, la invención puede incluir medios para la estimación de la posición de la píldora dentro del cuerpo con el fin de facilitar la posterior interpretación de la información recogida. La estimación de la posición de la píldora se puede hacer utilizando distintas técnicas de localización y navegación in-vivo, incluyendo el uso de triangulación a partir de una señal electromagnética transmitida desde el interior de la cápsula o mediante la generación externa de campos magnéticos detectados en la cápsula. Additionally, the invention may include means for estimating the position of the pill within the body in order to facilitate the subsequent interpretation of the information collected. The estimation of the position of the pill can be done using different techniques of location and navigation in-vivo, including the use of triangulation from an electromagnetic signal transmitted from inside the capsule or by the external generation of magnetic fields detected in the capsule.
Otra opción para estimar la posición de la píldora consiste en incluir en el dispositivo algún tipo de sensor de movimiento, como acelerómetros o giróscopos, con la finalidad de proporcionar información relativa al movimiento del dispositivo y así poder, por ejemplo, hacer que se inicie la adquisición de imágenes al detectar que el dispositivo se desplaza. Another option to estimate the position of the pill is to include in the device some type of motion sensor, such as accelerometers or gyroscopes, in order to provide information related to the movement of the device and thus be able, for example, to start the image acquisition when detecting that the device moves.
Por tanto, la píldora electrónica gastrointestinal protegida por una cápsula externa biocompatible resistente al entorno del sistema digestivo comprende en su interior: Therefore, the electronic gastrointestinal pill protected by a biocompatible external capsule resistant to the environment of the digestive system includes:
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- al menos una fuente de luz; at least one source of light;
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- unos medios divisores configurados para dividir el haz de luz procedente de dividing means configured to divide the beam of light from
la fuente de luz y dirigirlo al brazo de referencia y al brazo de muestreo; the light source and direct it to the reference arm and the sampling arm;
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- un elemento de retraso de grupo adaptable según la distancia del tejido a an adaptive group delay element according to the distance of the tissue to
analizar, situado en al menos uno de los brazos; analyze, located in at least one of the arms;
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- unos medios de desplazamiento óptico configurados para desplazar la intersección del haz de luz del brazo de muestreo sobre el tejido a analizar; -un sistema óptico configurado para enfocar el haz de luz del brazo de optical displacement means configured to move the intersection of the light beam of the sampling arm on the tissue to be analyzed; - an optical system configured to focus the beam of light from the arm of
muestreo sobre la superficie de tejido a analizar; -unos medios interferentes configurados para producir interferencia entre la luz reflejada procedente de los brazos de referencia y muestreo; -al menos un detector que recibe dicha interferencia entre la luz procedente de los brazos de referencia y muestreo; -unos medios de procesamiento configurados para procesar la información adquirida por el detector; -unos medios de alimentación configurados para alimentar eléctricamente la píldora sin conexión física al exterior. sampling on the tissue surface to be analyzed; -a interfering means configured to produce interference between the reflected light from the reference and sampling arms; -at least one detector that receives such interference between the light coming from the reference and sampling arms; -a processing means configured to process the information acquired by the detector; -a power means configured to electrically power the pill without physical connection to the outside.
El elemento de retraso de grupo adaptable puede comprender al menos un conmutador óptico que elige uno entre una pluralidad de caminos ópticos donde dichos caminos ópticos introducen retrasos de grupo distintos y previamente fijados. The adaptive group delay element may comprise at least one optical switch that chooses one from a plurality of optical paths where said optical paths introduce distinct and previously set group delays.
Adicionalmente, dicho elemento de retraso de grupo adaptable puede interaccionar con el sistema óptico para ajustar conjuntamente el retraso de grupo y la distancia de enfoque. Additionally, said adaptive group delay element can interact with the optical system to jointly adjust the group delay and focus distance.
De forma preferente, la píldora comprenderá un elemento activo de compensación de la dispersión cromática en al menos uno de los brazos, seleccionado entre: Preferably, the pill will comprise an active element for compensating the chromatic dispersion in at least one of the arms, selected from:
-cristales fotónicos; -redes de difracción de Bragg con espaciado variable; -segmentos de guía de onda cuyas características provoquen una dispersión - photonic crystals; - Bragg diffraction networks with variable spacing; - waveguide segments whose characteristics cause a dispersion
cromática anómala. Los brazos de muestro y referencia podrán compartir al menos en parte un mismo camino físico. abnormal color. The show and reference arms may share at least part of the same physical path.
Los medios de procesamiento pueden comprender una unidad de almacenamiento configurada para almacenar la información procesada por los medios de procesamiento. The processing means may comprise a storage unit configured to store the information processed by the processing means.
Preferentemente, los medios de procesamiento comprenderán una unidad de comunicaciones configurada para enviar la información procesada por los medios de procesamiento a un dispositivo de comunicaciones exterior y para recibir instrucciones de dicho dispositivo de comunicaciones exterior. Preferably, the processing means will comprise a communications unit configured to send the information processed by the processing means to an external communication device and to receive instructions from said external communication device.
De forma preferente, los medios de desplazamiento óptico comprenderán Preferably, the optical displacement means will comprise
medios electromecánicos configurados para desplazar el punto de intersección del haz de luz con la superficie del tejido a analizar. Preferentemente, la píldora comprenderá un equipo de vídeo configurado para capturar imágenes del tejido del entorno de la píldora. electromechanical means configured to move the point of intersection of the light beam with the surface of the tissue to be analyzed. Preferably, the pill will comprise video equipment configured to capture images of the tissue from the environment of the pill.
El sistema óptico puede comprender un sistema de separación del haz en función de su longitud de onda, que dirige el rango de longitudes de onda utilizado por el sistema de tomografía de coherencia óptica hacia el mismo y otro rango de longitudes de onda hacia el equipo de vídeo. The optical system may comprise a beam separation system based on its wavelength, which directs the range of wavelengths used by the optical coherence tomography system towards it and another range of wavelengths towards the equipment video.
Adicionalmente, la píldora puede comprender unos medios identificadores configurados para localizar la posición del haz de luz saliente del brazo de muestreo del sistema de tomografía de coherencia óptica en la imagen obtenida por el equipo de vídeo. Additionally, the pill may comprise identifying means configured to locate the position of the beam of light coming out of the sampling arm of the optical coherence tomography system in the image obtained by the video equipment.
Los medios identificadores pueden interaccionar con los medios de desplazamiento óptico y con el sistema óptico para orientar la posición del haz de luz saliente del brazo de muestreo a partir de las instrucciones recibidas por el dispositivo de comunicaciones exterior. The identifying means can interact with the optical displacement means and with the optical system to orient the position of the beam of light coming out of the sampling arm from the instructions received by the external communications device.
El equipo de video puede comprender filtros ópticos según la longitud de onda y una fuente de luz complementaria que permiten captar la fluorescencia procedente del tejido de la píldora. The video equipment can comprise optical filters according to the wavelength and a complementary light source that allow to capture the fluorescence from the pill tissue.
Preferentemente, la píldora comprenderá un sensor de movimiento que proporciona información relativa al movimiento de la píldora. La píldora puede comprender un sensor de posición que proporciona información relativa a la posición de la píldora. Preferably, the pill will comprise a motion sensor that provides information relative to the movement of the pill. The pill may comprise a position sensor that provides information regarding the position of the pill.
El concepto de tomografía de coherencia óptica integrada en un sustrato es posible mediante la integración en tecnología planar de uno de los elementos fundamentales para OCT, como es la línea de retraso variable de barrido rápido, haciendo uso del efecto termo-óptico del silicio. Debido a esta integración y a los desarrollos propios de esta invención es posible concebir un sistema de OCT integrable dentro de una píldora gastrointestinal. Otras implementaciones de la tomografía de coherencia óptica, como el dominio de la frecuencia, también pueden estar sujetas a miniaturización utilizando óptica integrada mediante redes de difracción basadas guías de onda (array waveguide gratings). Igualmente se pueden integrar de acuerdo con los desarrollos propios de esta invención sistemas basados en barrido de fuente usando fuentes de estado sólido de frecuencia variable. The concept of integrated optical coherence tomography in a substrate is possible through the integration in planar technology of one of the fundamental elements for OCT, such as the fast scan variable delay line, making use of the thermo-optical effect of silicon. Due to this integration and the developments of this invention, it is possible to conceive an integrable OCT system within a gastrointestinal pill. Other implementations of optical coherence tomography, such as frequency domain, may also be subject to miniaturization using integrated optics using diffraction networks based on waveguide gratings. Likewise, systems based on source scanning using solid-state sources of variable frequency can be integrated in accordance with the developments of this invention.
La presente invención aporta solución a una funcionalidad hasta la fecha inexistente, permite la obtención de información tomográfica sobre tejido potencialmente neoplásico de forma no invasiva y con un mínimo de molestias y de riesgos para el paciente. The present invention provides a solution to a non-existent functionality to date, allows to obtain tomographic information on potentially neoplastic tissue in a non-invasive way and with a minimum of discomfort and risks for the patient.
La implantación de la invención supondría que las instituciones sanitarias realizaran una inversión, no obstante, la reutilización de las píldoras y de los equipos que éstas precisan, potenciarían la rentabilidad de la inversión requerida. La implantación también requeriría una intensificación del factor humano dedicado a la manipulación del dispositivo debido al elevado volumen de datos producidos. Este volumen de datos puede ser controlado mediante una planificación adecuada utilizando métodos de adquisición de imágenes para limitar el tiempo de operación y seleccionar adecuadamente las regiones en que se obtienen los datos. Adicionalmente, es posible realizar la adquisición de datos tomográficos de forma autónoma o semi-autónoma y aplicar algoritmos de filtrado para disminuir la cantidad de información adquirida que se haya que procesar manualmente. Si la adquisición es automática, es posible asociar y subordinar la información tomográfica a la información de vídeo, de forma que el médico pueda elegir las secciones a estudiar a partir de la observación de la grabación de vídeo. The implementation of the invention would mean that the health institutions made an investment, however, the reuse of the pills and the equipment they need would enhance the profitability of the required investment. The implementation would also require an intensification of the human factor dedicated to the manipulation of the device due to the high volume of data produced. This volume of data can be controlled by proper planning using image acquisition methods to limit the operating time and properly select the regions in which the data is obtained. Additionally, it is possible to acquire tomographic data autonomously or semi-autonomously and apply filtering algorithms to reduce the amount of information acquired that has to be processed manually. If the acquisition is automatic, it is possible to associate and subordinate the tomographic information to the video information, so that the doctor can choose the sections to be studied from the observation of the video recording.
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention which is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.
La Figura 1 muestra una vista en planta de la píldora electrónica gastrointestinal. Figure 1 shows a plan view of the electronic gastrointestinal pill.
La Figura 2 muestra una sección de la píldora electrónica gastrointestinal. Figure 2 shows a section of the electronic gastrointestinal pill.
La Figura 3 muestra una sección de la píldora electrónica gastrointestinal, donde se han sustituido los medios de alimentación mediante enlace inductivo por una batería. Figure 3 shows a section of the electronic gastrointestinal pill, where the feeding means have been replaced by inductive bonding by a battery.
La Figura 4 muestra la píldora electrónica durante su uso, dirigiendo y enfocando el haz de luz que se utiliza para la obtención de imágenes tomográficas sobre el tejido a investigar. Figure 4 shows the electronic pill during use, directing and focusing the beam of light that is used to obtain tomographic images on the tissue to be investigated.
La Figura 5 muestra una realización de un elemento de retraso adaptable en el que dos conmutadores dirigen la luz de una guía de entrada a una guía de salida mediante una, de entre una pluralidad, de guías intermedias caracterizadas cada una de esas guías intermedias por retrasos fijos distintos. Figure 5 shows an embodiment of an adaptive delay element in which two switches direct the light of an input guide to an output guide by means of one, from a plurality, of intermediate guides characterized each of those intermediate guides by delays Fixed different.
La Figura 6 muestra la localización de la imagen tomográfica sobre la imagen de vídeo, vinculando la información tomográfica de alta resolución con la imagen macroscópica de vídeo. Figure 6 shows the location of the tomographic image on the video image, linking the high resolution tomographic information with the macroscopic video image.
Las figuras 1, 2 Y 3 muestran vistas de una píldora cuyos medios de adquisición de información 1, configurados para obtener información tomográfica del tejido del entorno de la píldora mediante emisión y recepción de perturbaciones oscilatorias, comprenden un sistema de tomografia de coherencia óptica, contenido dentro de la cápsula 25 externa que rodea a la píldora gastrointestinal. Esta cápsula 25 debe ser biocompatible y parte de ella transparente a las ondas utilizadas para favorecer su transmisión y recepción por los medios de adquisición de información 1. En las figuras 1 y 2 se muestran medios de alimentación 3 basados en una bobina cuya función es la alimentación eléctrica de la píldora, produciendo una corriente inducida a partir de un campo magnético alternante generado de forma externa al dispositivo. La presencia de varias orientaciones de las bobinas favorecería la constancia de la alimentación eléctrica independientemente de la orientación física de la cápsula en relación al campo, aunque esto no es estrictamente necesario. Las bobinas pueden ser también parte de la unidad de comunicaciones 13 de la píldora. En este sentido, el campo magnético externo puede ser modulado para transmitir información a la píldora, y el enlace se puede volver bidireccional si se aplican algunas de las técnicas conocidas a este efecto, como la modulación por desplazamiento de carga (load shift keying) para enviar información a un sistema externo. Alternativamente la unidad de comunicaciones de la píldora puede utilizar un canal de transmisión y recepción distinto del enlace inductivo. Figures 1, 2 and 3 show views of a pill whose means of acquiring information 1, configured to obtain tomographic information of the tissue of the environment of the pill by means of emission and reception of oscillatory disturbances, comprise an optical coherence tomography system, content inside the outer capsule 25 surrounding the gastrointestinal pill. This capsule 25 must be biocompatible and part of it transparent to the waves used to favor its transmission and reception by the means of acquiring information 1. In Figs. 1 and 2 there are shown feeding means 3 based on a coil whose function is the Pill power supply, producing an induced current from an alternating magnetic field generated externally to the device. The presence of several orientations of the coils would favor the constancy of the power supply regardless of the physical orientation of the capsule in relation to the field, although this is not strictly necessary. The coils can also be part of the communication unit 13 of the pill. In this sense, the external magnetic field can be modulated to transmit information to the pill, and the link can become bidirectional if some of the known techniques are applied to this effect, such as load shift keying modulation. Send information to an external system. Alternatively, the communication unit of the pill can use a transmission and reception channel other than the inductive link.
En las figuras se observa asimismo un sistema de tomografía de coherencia óptica implementado mediante óptica integrada sobre un sustrato 22. La luz, procedente de una fuente de luz 4 compacta, como una fuente de estado sólido (por ejemplo, un diodo superluminescente o SLD por sus siglas en inglés), es conducida a unos medios divisores 5, en la figura 1 un acoplador 50:50, que divide la luz en dos brazos, uno de referencia 6 y otro de muestreo 9. The figures also show an optical coherence tomography system implemented by means of integrated optics on a substrate 22. The light, coming from a compact light source 4, as a solid state source (for example, a superluminescent diode or SLD by its acronym in English), it is led to a dividing means 5, in figure 1 a 50:50 coupler, which divides the light into two arms, one of reference 6 and another of sampling 9.
El brazo de referencia 6 incluye, en este modo elemental de implementación en el dominio del tiempo, una línea de retraso 16 termo-óptica ultra-compacta que proporciona el barrido axial. Otras configuraciones de sistemas OCT serían posibles como es bien conocido (dominio de la frecuencia, barrido de fuente, etc.). En el brazo de referencia 6 se muestra también un elemento de retraso de grupo adaptable 24 que permite ajustar el interferómetro para un amplio conjunto de distancias en el brazo de muestreo 9, correspondiente a distintas distancias al tejido a investigar. Al final del brazo de referencia 6 encontramos un reflector 23 que envía la luz de vuelta por dicho brazo 6. The reference arm 6 includes, in this elementary mode of implementation in the time domain, an ultra-compact thermo-optic delay line 16 that provides the axial scan. Other configurations of OCT systems would be possible as is well known (frequency domain, source sweep, etc.). In the reference arm 6 an adaptive group delay element 24 is also shown which allows the interferometer to be adjusted for a wide range of distances in the sampling arm 9, corresponding to different distances to the tissue to be investigated. At the end of the reference arm 6 we find a reflector 23 that sends the light back through said arm 6.
La luz del brazo de muestreo 9 es enviada a unos medios de desplazamiento óptico 7 que tienen cómo función desplazar la intersección del haz de luz 30 proveniente del brazo de muestreo 9 con el tejido a analizar. En el sistema representado en las figuras, los medios de desplazamiento óptico 7 consisten en unos medios para colimar la luz que sale del brazo de muestreo 9, por ejemplo algún tipo de lente compacta como las basadas en gradiente de índice 17 (GRIN), que dirigen el haz colimado hacia un espejo móvil 18, mostrado en la figura con una implementación que utiliza técnicas de microfabricación MEMS. Dicho espejo móvil 18, además de orientar el haz 30 sobre el punto de interés en el tejido, puede también proporcionar el barrido lateral que complementa al barrido axial para la obtención de imágenes tomográficas. La luz reflejada en el espejo móvil 18 se dirige a continuación a un sistema óptico 8 que tiene como objetivo orientar y enfocar el haz 30 sobre el tejido. En el sistema representado en las figuras dicho sistema óptico 8 consta de un sistema de separación del haz 19, como por ejemplo un espejo dicroico o un espejo semireflectante, que recibe el haz colimado procedente del espejo móvil 18 y que a su vez refleja el haz hacia una lente 20, que lo enfoca sobre el tejido a estudiar. La utilización del espejo dicroico tiene la finalidad de dirigir el rango de longitudes de onda detectadas por el equipo de vídeo 14 hacia el mismo y otro rango de longitudes de onda hacia el sistema de tomografía de coherencia óptica, permitiendo así que ambos compartan el sistema óptico 8 sin pérdida de potencia. Un espejo semi reflectante logra el mismo efecto, pero se pierde potencia óptica. La lente 20 (o sistema de lentes) será preferiblemente de foco variable para ofrecer un amplio rango de distancias de trabajo. Esta capacidad puede ser provista mediante elementos ópticos móviles, o mediante lentes de longitud focal ajustable por otros medios, como cristales líquidos, electrohumedecimiento, etc. The light from the sampling arm 9 is sent to optical displacement means 7 which have the function of displacing the intersection of the light beam 30 from the sampling arm 9 with the tissue to be analyzed. In the system shown in the figures, the optical displacement means 7 consist of means to collimate the light leaving the sampling arm 9, for example some kind of compact lens such as those based on index gradient 17 (GRIN), which they direct the collimated beam towards a moving mirror 18, shown in the figure with an implementation using MEMS microfabrication techniques. Said movable mirror 18, in addition to orienting the beam 30 on the point of interest in the fabric, can also provide the side scan that complements the axial scan to obtain tomographic images. The light reflected in the moving mirror 18 is then directed to an optical system 8 which aims to orient and focus the beam 30 on the tissue. In the system represented in the figures said optical system 8 consists of a beam separation system 19, such as a dichroic mirror or a semi-reflective mirror, which receives the collimated beam from the moving mirror 18 and which in turn reflects the beam towards a lens 20, which focuses on the tissue to be studied. The use of the dichroic mirror is intended to direct the range of wavelengths detected by video equipment 14 towards the same and another range of wavelengths to the optical coherence tomography system, thus allowing both to share the optical system 8 without loss of power. A semi-reflective mirror achieves the same effect, but optical power is lost. The lens 20 (or lens system) will preferably be of variable focus to offer a wide range of working distances. This capability can be provided by mobile optical elements, or by focal length lenses adjustable by other means, such as liquid crystals, electro-dampening, etc.
El ajuste del enfoque sería preferiblemente automático y puede realizarse preferentemente en combinación con el ajuste del retraso introducido el elemento de retraso de grupo adaptable 24 en el brazo de referencia 6, puesto que ambos se relacionan con la distancia al tejido a analizar. El registro de estas distancias para distintas direcciones angulares resulta en la construcción de una topografía de la superficie del tejido, que puede ser también transmitida al exterior y presentada al usuario como elemento de potencial valor diagnóstico. The focus adjustment would preferably be automatic and can preferably be done in combination with the delay adjustment introduced by the adaptive group delay element 24 in the reference arm 6, since both are related to the distance to the tissue to be analyzed. The recording of these distances for different angular directions results in the construction of a topography of the tissue surface, which can also be transmitted to the outside and presented to the user as an element of potential diagnostic value.
La luz reflejada procedente del tejido es recogida de nuevo por esta lente 20 y se dirige de nuevo hacia el brazo de muestreo 9 en el sustrato 22 de óptica integrada, invirtiendo el camino recorrido anteriormente. Las dos componentes de luz, procedentes del brazo de referencia 6 y de muestreo 9, respectivamente, se mezclan mediante los medios interferentes 10, que en esta implementación coinciden con los medios divisores 5, y la señal resultante es detectada en el detector 11. Los medios de procesamiento 2 electrónico, que incluyen una unidad de almacenamiento 12 y una unidad de comunicaciones 13, pueden ser implementados en el mismo sustrato 22 usado para la óptica integrada, si los procesos tecnológicos de fabricación lo aconsejan, tal y como se ilustra en las figuras, o puede ser producido en un sustrato separado. En la figura 2 se muestra una vista lateral en la que puede apreciarse la posición del equipo de vídeo 14, colocado detrás del sistema de separación del haz The reflected light coming from the tissue is collected again by this lens 20 and is directed again towards the sampling arm 9 in the integrated optics substrate 22, reversing the path previously traveled. The two light components, from the reference and sampling arm 6, respectively, are mixed by the interfering means 10, which in this implementation coincide with the dividing means 5, and the resulting signal is detected in the detector 11. The electronic processing means 2, which include a storage unit 12 and a communications unit 13, can be implemented in the same substrate 22 used for integrated optics, if the manufacturing technology processes so advise, as illustrated in the figures, or it can be produced on a separate substrate. A side view is shown in Figure 2 in which the position of the video equipment 14, placed behind the beam separation system can be seen
19. El equipo de vídeo 14 incluirá medios de iluminación del tejido en el espectro visible para poder formar una imagen adecuada sobre el sensor. El sensor de imagen puede en principio también ser parte del sustrato 22 en que se fabrican las guías de onda y demás elementos de óptica planar del sistema de tomografía de coherencia óptica, especialmente si la tecnología de fabricación es compatible con procesos de producción de electrónica integrada, con un impacto positivo sobre el tamaño final de la píldora. 19. Video equipment 14 will include tissue illumination means in the visible spectrum in order to form a suitable image on the sensor. The image sensor may in principle also be part of the substrate 22 in which the waveguides and other planar optics elements of the optical coherence tomography system are manufactured, especially if the manufacturing technology is compatible with integrated electronics production processes , with a positive impact on the final pill size.
La figura 3 reemplaza las bobinas del enlace inductivo por una batería para implementar los medios de alimentación 3 de la píldora. La unidad de comunicaciones 13 no se realizaría en esta implementación mediante el enlace inductivo, sino que necesitaría de una vía alternativa, como podría ser un enlace por radiofrecuencia. Figure 3 replaces the inductive link coils with a battery to implement the feeding means 3 of the pill. The communications unit 13 would not be carried out in this implementation by means of the inductive link, but would need an alternative route, such as a radio frequency link.
La figura 4 muestra la píldora durante su uso en un punto del tracto digestivo donde hay un tejido de interés a analizar. La píldora orienta y enfoca el haz de OCT sobre dicho área, produciendo imágenes tomográficas de alta resolución. Figure 4 shows the pill during use at a point in the digestive tract where there is a tissue of interest to analyze. The pill guides and focuses the OCT beam on that area, producing high resolution tomographic images.
La Figura 5 muestra una realización de un elemento de retraso adaptable basado en conmutadores ópticos 31 preferiblemente implementados mediante óptica integrada. Estos conmutadores ópticos 31 pueden realizarse usando dispositivos de interferencia multimodo (MMI), o una cascada de acopladores direccionales actuables. En la figura se muestran dos elementos conmutadores capaces conjuntamente de dirigir la luz de una guía de entrada hacia una guía intermedia entre varias, caracterizadas por retrasos de grupo fijos y distintos, y a su vez de dicha guía intermedia a una guía de salida de forma simétrica. Los segmentos de guía de onda con distintos retrasos de grupo distintos se pueden obtener, por ejemplo, mediante Figure 5 shows an embodiment of an adaptive delay element based on optical switches 31 preferably implemented by integrated optics. These optical switches 31 can be performed using multimode interference devices (MMI), or a cascade of operable directional couplers. The figure shows two switching elements capable of directing the light of an input guide towards an intermediate guide between several, characterized by fixed and different group delays, and in turn from said intermediate guide to an output guide symmetrically . Waveguide segments with different group delays can be obtained, for example, by
5 guías de onda de distinta longitud. 5 waveguides of different length.
La figura 6 muestra el proceso de localización de la zona escaneada en la imagen de vídeo. Este proceso proporciona un vínculo entre la imagen tomográfica de alta resolución y la imagen de vídeo macroscópica. Para establecer este vínculo la píldora debe contar con medios identificadores 15 de la posición del haz de luz usada Figure 6 shows the process of locating the scanned area in the video image. This process provides a link between the high resolution tomographic image and the macroscopic video image. To establish this link, the pill must have means 15 identifying the position of the light beam used
10 para OCT en coordenadas de la imagen de vídeo. De este modo se puede indicar sobre la imagen de vídeo la posición del haz en todo momento. Como se ha mencionado antes, los medios identificadores 15 pueden consistir en una calibración de los elementos electromecánicos que mueven el haz en los medios de desplazamiento óptico 7 y del sistema óptico 8, en sensores de posición de los 10 for OCT in video image coordinates. In this way, the beam position can be indicated on the video image at all times. As mentioned before, the identifying means 15 may consist of a calibration of the electromechanical elements that move the beam in the optical displacement means 7 and of the optical system 8, in position sensors of the
15 elementos ópticos responsables del barrido del haz de luz, o en la detección directa de la posición del haz sobre el sensor de imagen. 15 optical elements responsible for scanning the light beam, or in the direct detection of the position of the beam on the image sensor.
Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones 20 de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención. Once the invention is clearly described, it is noted that the particular embodiments described above are subject to modifications in detail as long as they do not alter the fundamental principle and essence of the invention.
Claims (15)
- 1. one.
- Píldora electrónica gastrointestinal caracterizada por estar protegida por una cápsula externa biocompatible resistente al entorno del sistema digestivo y por que comprende en su interior: Gastrointestinal electronic pill characterized by being protected by a biocompatible external capsule resistant to the environment of the digestive system and by which it comprises:
- 2. 2.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según la reivindicación 1, caracterizada por que el elemento de retraso de grupo adaptable (24) comprende al menos un conmutador óptico (31) que elige uno entre una pluralidad, de caminos ópticos donde dichos caminos ópticos introducen retrasos de grupo distintos y previamente fijados. Gastrointestinal electronic pill according to claim 1, characterized in that the adaptive group delay element (24) comprises at least one optical switch (31) choosing one from a plurality of optical paths where said optical paths introduce different group delays and previously set.
- 3. 3.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el elemento de retraso de grupo adaptable (24) interacciona con el sistema óptico (8) para ajustar conjuntamente el retraso de grupo y la distancia de enfoque. Gastrointestinal electronic pill according to any one of the preceding claims, characterized in that the adaptive group delay element (24) interacts with the optical system (8) to jointly adjust the group delay and focus distance.
- 4. Four.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un elemento activo de compensación de la dispersión cromática en al menos uno de los brazos (6, 9), seleccionado entre: Gastrointestinal electronic pill according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises an active element for compensating the chromatic dispersion in at least one of the arms (6, 9), selected from:
- 5. 5.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los brazos de muestreo (9) y referencia (6) comparten al menos en parte un mismo camino físico. Gastrointestinal electronic pill according to any of the preceding claims, characterized in that the sampling arms (9) and reference (6) share at least part of the same physical path.
- 6. 6.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los medios de procesamiento (2) comprenden una unidad de almacenamiento (12) configurada para almacenar la información procesada por los medios de procesamiento (2). Gastrointestinal electronic pill according to any one of the preceding claims, characterized in that the processing means (2) comprise a storage unit (12) configured to store the information processed by the processing means (2).
- 7. 7.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los medios de procesamiento (2) comprenden una unidad de comunicaciones (13) configurada para enviar la información procesada por los medios de procesamiento (2) a un dispositivo de comunicaciones exterior y para recibir instrucciones de dicho dispositivo de comunicaciones exterior. Gastrointestinal electronic pill according to any one of the preceding claims, characterized in that the processing means (2) comprise a communication unit (13) configured to send the information processed by the processing means (2) to an external communication device and to receive instructions from said external communications device.
- 8. 8.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los medios de desplazamiento óptico (7) comprenden medios electromecánicos configurados para desplazar el punto de intersección del haz de luz (30) con la superficie del tejido a analizar. Gastrointestinal electronic pill, according to any of the preceding claims, characterized in that the optical displacement means (7) comprise electromechanical means configured to move the point of intersection of the light beam (30) with the surface of the tissue to be analyzed.
- 9. 9.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un equipo de vídeo (14) configurado para capturar imágenes del tejido del entorno de la píldora. Gastrointestinal electronic pill, according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises a video equipment (14) configured to capture images of the tissue from the environment of the pill.
- 10. 10.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según la reivindicación 9, caracterizada por que el sistema óptico (8) comprende un sistema de separación del haz (19) en función de su longitud de onda, que dirige el rango de longitudes de onda utilizado por el Gastrointestinal electronic pill according to claim 9, characterized in that the optical system (8) comprises a beam separation system (19) as a function of its wavelength, which directs the wavelength range used by the
- 11. eleven.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizada por que comprende unos medios identificadores (15) configurados para localizar la posición del haz de luz saliente del brazo de muestreo (9) del sistema de tomografía de coherencia óptica en la imagen obtenida por el equipo de vídeo (14). Gastrointestinal electronic pill according to any of claims 9-10, characterized in that it comprises identifying means (15) configured to locate the position of the beam of light coming out of the sampling arm (9) of the optical coherence tomography system in the image obtained by the video equipment (14).
- 12. 12.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según la reivindicación 11, caracterizada por que los medios identificadores (15) interaccionan con los medios de desplazamiento óptico (7) y con el sistema óptico (8) para orientar la posición del haz de luz saliente del brazo de muestreo (9) a partir de las instrucciones recibidas por el dispositivo de comunicaciones exterior. Gastrointestinal electronic pill according to claim 11, characterized in that the identifying means (15) interact with the optical displacement means (7) and with the optical system (8) to orient the position of the beam of light coming out of the sampling arm ( 9) from the instructions received by the external communications device.
- 13. 13.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones 9-12, caracterizada por que el equipo de vídeo (14) comprende filtros ópticos según la longitud de onda y una fuente de luz complementaria que permiten captar la fluorescencia procedente del tejido del entorno de la píldora. Gastrointestinal electronic pill, according to any of claims 9-12, characterized in that the video equipment (14) comprises optical filters according to the wavelength and a complementary light source that allows to capture the fluorescence from the tissue surrounding the pill .
- 14. 14.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un sensor de movimiento que proporciona información relativa al movimiento de la píldora. Gastrointestinal electronic pill according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises a motion sensor that provides information relative to the movement of the pill.
- 15. fifteen.
- Píldora electrónica gastrointestinal, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un sensor de posición que proporciona información relativa a la posición de la píldora. Gastrointestinal electronic pill according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a position sensor that provides information regarding the position of the pill.
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